在中国气温上升的背景下，为稳定小麦产量而采取的综合适应策略

《Agricultural Systems》：Integrative adaptation strategies for stabilizing wheat productivity with rising temperatures in China

区域适应性策略对气候变化下中国小麦产量的影响研究。通过改进WheatGrow模型模拟发现，调整播种期在西南和长江流域效果显著，延后播种导致产量下降。优化开花期在北方和黄淮地区可增加产量0.5-1.2%。培育耐热品种在北方区域提升效果更明显。综合策略使总产量提升0.67%。区域差异显著，需制定区域化适应措施。

　　全球小麦生产正面临着由气候变化带来的日益严重的威胁，尤其是气温上升的影响。为了应对这一挑战，需要制定符合各地区特点的适应性策略。在中国，作为全球重要的小麦生产国和消费国，这些挑战在不同地区表现出差异性，主要源于气候条件、土壤特性以及农业管理方式的不同。因此，研究如何通过调整播种时间、开花时间以及增强作物的耐热能力来缓解气温上升对小麦产量的负面影响，具有重要的现实意义。

本研究旨在评估这些适应性策略在中国主要小麦产区的不同子区域中的有效性。研究采用改进后的WheatGrow模型，该模型已经考虑了热胁迫对小麦生长的影响，用于模拟未来气候变暖情景下小麦产量的响应。所评估的策略包括提前播种、提前开花以及培育耐热品种，这些策略将根据不同的子区域进行优化，如西南冬麦区（SWS）、长江中下游冬麦区（MYS）、北方冬麦区（NS）以及黄淮冬麦区（HHS）等。

研究结果表明，在未来变暖情景下，不同子区域的小麦产量将受到不同程度的影响。在西南冬麦区和长江中下游冬麦区，提前播种能够更有效地缓解气温上升带来的负面影响。而在北方冬麦区、黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区，提前开花则能显著提高产量，减少热胁迫造成的产量损失。此外，通过培育耐热品种，能够在北方冬麦区和黄淮冬麦区实现更高的产量提升。在三种变暖情景下，综合的适应性策略能够显著减少所有四个子区域的产量损失。特别是在1.5°C的HAPPI情景下，采用最优的综合适应性策略后，中国的小麦总产量提高了0.67%。

这些发现强调了制定地区特定适应性策略的重要性，以确保在中国气候变化背景下小麦生产的可持续性。同时，也为政策制定者和农民提供了可操作的见解，以增强粮食安全。研究结果表明，面对气候变化带来的挑战，不同地区的适应性策略需因地制宜，以实现最佳的产量保护效果。

气候变化不仅影响全球农业生产的整体格局，还对作物的生长发育产生深远影响。研究显示，极端气候事件的频率、强度和持续时间的增加，使得小麦产量受到严重威胁。为了应对这些变化，需要采取多种适应性措施，如调整播种时间、优化作物品种特性、改善水肥管理等。其中，播种时间的调整被认为是一种关键的适应性策略，因为播种时间的改变能够显著影响作物生长季内的气候条件。合适的播种时间可以确保作物在开花前有一个适宜的生长阶段，促进足够的生物量积累，并为开花和灌浆提供最佳时机，从而帮助作物避免热胁迫的影响。

此外，研究还表明，作物在面对长期热胁迫时，已经演化出多种适应机制。这些机制包括增强作物自身的耐热能力，以减少热胁迫带来的损害，或通过减少热响应过程中所需的能量消耗，从而维持正常的生理功能并提高在胁迫环境下的生存能力。因此，培育耐热品种被认为是一种重要的适应性策略，有助于缓解未来热胁迫对小麦产量的影响。

随着作物模型的不断发展，它们在评估气候变化对农业生产的潜在影响方面发挥着越来越重要的作用。这些模型不仅能够评估气候变化的影响，还可以用于模拟和识别适应性策略，以应对未来的气候情景。例如，通过使用32个模型的集合模拟，研究发现引入适应温暖气候的基因型可以提高全球小麦产量7%并增加蛋白质产量2%。此外，使用APSIM模型的研究也表明，通过调整播种时间并引入理想的品种特性，如更早的开花和更快的灌浆速率，可以提高澳大利亚小麦产量。

然而，在作物模型算法尚未完善之前，使用这些模型预测频繁的极端气候事件对作物产量的影响仍存在较大的不确定性。为了应对这一问题，近年来的研究主要集中在改进极端气候情景下的模型算法，特别是在热胁迫条件下的模型优化。例如，WheatGrow模型已经进行了系统改进，以应对热胁迫对小麦灌浆期的影响、叶片衰老和生物量增长的影响，以及生物量分配和产量形成的影响。目前，WheatGrow模型已被用于评估热胁迫对小麦产量的影响。

以往的研究主要集中在通过特定田间试验或长期气候因素趋势来分析和总结适应性策略。大多数研究主要关注小麦产量对平均气温上升的适应，而较少关注平均气温上升与热胁迫的综合影响。此外，关于未来气候变化背景下地区适应性策略的研究仍显不足，特别是在中国不同生态区小麦产量对气温上升的适应性方面。作为全球最大的小麦生产国之一，中国占全球小麦产量的15%至20%。因此，准确理解小麦产量对气温上升的地区适应性，对于确保中国的粮食安全至关重要。

基于对中国气候变化背景下小麦产量受气温上升影响的定量评估，本研究采用本地校准的WheatGrow（v3.1）模型，评估不同适应性策略，如调整播种时间、开花时间以及增强作物耐热能力，对中国主要小麦产区产量的影响。研究的主要目标是定量评估各种适应性措施在缓解平均气温上升和热胁迫对小麦产量的负面影响方面的作用。研究结果将为制定适应未来气候条件下小麦产量的策略提供必要的支持。

本研究的区域范围涵盖了中国的主要小麦产区，包括14个主要小麦生产省和直辖市，占中国小麦种植面积的87%以上，占其总产量的91%以上。根据生态和气候条件，整个研究区域被划分为四个子区域：北方冬麦区（NS）、黄淮冬麦区（HHS）、长江中下游冬麦区（MYS）和西南冬麦区（SWS）。这些子区域的气候条件、土壤特性和农业管理方式存在差异，因此在制定适应性策略时，需要充分考虑这些区域的特点。

研究结果表明，在未来变暖情景下，中国主要小麦产区的产量将受到不同程度的影响。在西南冬麦区和长江中下游冬麦区，提前播种能够更有效地缓解气温上升带来的负面影响。而在北方冬麦区、黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区，提前开花则能显著提高产量，减少热胁迫造成的产量损失。此外，通过培育耐热品种，能够在北方冬麦区和黄淮冬麦区实现更高的产量提升。在三种变暖情景下，综合的适应性策略能够显著减少所有四个子区域的产量损失。特别是在1.5°C的HAPPI情景下，采用最优的综合适应性策略后，中国的小麦总产量提高了0.67%。

这些发现强调了制定地区特定适应性策略的重要性，以确保在中国气候变化背景下小麦生产的可持续性。同时，也为政策制定者和农民提供了可操作的见解，以增强粮食安全。研究结果表明，面对气候变化带来的挑战，不同地区的适应性策略需因地制宜，以实现最佳的产量保护效果。通过科学的模型分析和策略评估，可以为不同地区的小麦生产提供针对性的解决方案，从而在应对气候变化的同时，保障粮食供应的稳定性。

此外，研究还表明，调整播种时间对小麦产量的影响是显著的。在未来的气候变暖情景下，小麦产量预计会有所下降，而热胁迫对小麦的影响将变得更加严重。在这些区域中，西南冬麦区的小麦产量受到气温上升的影响最大，使其成为应对气温上升最脆弱的区域之一。模拟结果显示，当推迟播种时间时，所有子区域的产量均呈现出逐步下降的趋势。因此，提前播种被证明是减少热胁迫对产量影响的有效策略。

研究还发现，提前开花时间对产量的提升具有积极作用。在北方冬麦区、黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区，提前开花能够显著提高产量，减少热胁迫带来的损失。这表明，开花时间的调整是应对气候变化影响的重要手段。同时，培育耐热品种也被证明能够提高产量，特别是在北方冬麦区和黄淮冬麦区，这些地区的产量在耐热品种的引入下得到了显著改善。

综上所述，本研究通过使用改进的WheatGrow模型，对不同适应性策略在中国主要小麦产区的影响进行了系统评估。研究结果表明，提前播种、提前开花以及培育耐热品种是应对气候变化和热胁迫影响的有效措施。这些措施在不同子区域中的效果存在差异，因此需要因地制宜地制定适应性策略。研究还指出，综合的适应性策略能够显著减少产量损失，特别是在1.5°C的HAPPI情景下，中国的小麦总产量有所增加。这些发现为政策制定者和农民提供了科学依据，以制定适应未来气候变化的策略，从而保障粮食安全。